
从成人肾组织建立可扩增模型
山东大学齐鲁医院(Qilu Hospital, Shandong University)等机构在 Cell Reports Medicine 报道成人肾组织来源类器官研究。团队开发多谱系成人肾类器官培养体系 MARO,并将其用于常染色体显性多囊肾病(autosomal dominant polycystic kidney disease,ADPKD)的机制和候选药物研究。
用于培养优化的参照组织来自肾癌手术标本中的非肿瘤肾皮质。团队在 76 份这类标本中建立了 69 个类器官系;优化后的培养条件支持较长期扩增,并保留多种肾小管上皮细胞特征。
单细胞分析和组织检测显示,模型包含近端小管、髓袢粗升支和集合管相关细胞,以及增殖中的上皮细胞。近端小管相关区域可摄取白蛋白;荧光底物与抑制剂实验也显示,模型具有 P-gp 相关的外排转运功能。
MARO 配方在原有培养基础上加入维甲酸、GDNF 和 FGF20,支持上皮细胞扩增并保留不同肾小管谱系。参照模型可持续培养超过 5 个月和 22 次传代;不同传代样本的转录组与单细胞分析仍可识别肾小管及集合管相关细胞。
患者模型保留囊肿及基因型差异
团队随后从 ADPKD 患者组织建立类器官。这些模型形成明显的囊腔,表达集合管相关标志,并出现纤毛延长和细胞平面极性相关信号改变;CFTR、TMEM16A 等氯离子通道的表达也升高。
患者类器官可维持 5–15 次传代,但持续传代后,囊肿形成效率和细胞活性逐渐下降,伴随 CD24、CD133 等祖细胞标志降低及衰老标志增加。
单细胞比较显示,患者模型中的集合管相关细胞增加,细胞平面极性、自噬和氧化应激相关通路上调。PKD1 背景的变化更集中在代谢和离子转运,PKD2 背景则更突出 VEGF、Hippo 等信号。
去除纤毛后,患者模型的 Rho 通路减弱
团队敲除纤毛形成相关基因 IFT88,比较正常参照与 PKD1、PKD2 模型。患者模型中的 Rho 通路及细胞平面极性相关因子表达降低,VANGL2 的膜定位也出现恢复;正常参照中的 Rho 通路指标未见相同变化。
灌流培养加快了患者类器官的囊肿扩张,并提高 RAC1、RHOA、CDC42 等 Rho 通路相关基因及部分纤毛相关基因的表达。
160 个小分子先筛选,再跨模型复测
筛选采用 96 孔板和 forskolin 促进囊肿形成,以成像方式追踪囊肿直径。160 个小分子来自既有研究及临床试验线索;初筛分别使用一个 PKD1 和一个 PKD2 类器官系,每个药物按 10 μM 测试。
团队找到 23 个可在至少一个模型中减小囊肿的候选,并在另外 3 个患者来源模型中按 0.1、1 和 10 μM 复测。部分药物的效应因基因背景而异:托伐普坦在 PKD1 背景中更明显,AICAR 则在 PKD2 背景中更明显。
ML141、EHT 1864 2HCl 和 CCG-1423 在两种基因背景中均显示作用,分别涉及 CDC42、RAC 和 RHOA 相关通路。团队因此继续分析 Rho 通路抑制对囊肿结构和细胞状态的影响。
成像分析在每个孔内汇总符合单腔、高圆度和薄壁特征的囊肿,再计算直径变化。少于 5 个合格囊肿的孔被排除,结果在同一供者内与培养参照归一化,减少初始大小和孔间条件造成的干扰。
ML141 减小囊肿,停药后可再扩张
短期实验中,30 μM ML141 处理 10 小时后,患者类器官的囊肿缩小,停药后又可扩张;参照类器官的生长未受到同样影响。另在 48 小时实验中,受测 Rho 通路抑制剂未显著改变 EdU 阳性细胞比例。
来自 3 名独立患者的转录组比较显示,ML141 减弱了 CDC42 下游的细胞骨架重塑与细胞平面极性相关信号。基因和蛋白检测进一步观察到 CDC42、ARPC2、PARD3 等表达降低。
本次模型以肾小管上皮为主,尚未包含完整的血管、免疫细胞和全身药物代谢。作者提出扩大患者来源、延长药物观察,并继续研究纤毛与 Rho 信号的联系,以判断候选分子的长期效果和安全性。